質能關系
愛因斯坦早在1905年發表狹義相對論的原始論文,作為相對論的一個推論,他又提出了質能關系。這種關系的發現,對解釋原子能釋放有重大意義。
在知道原子能以前,只知道世界上有機械能,如汽車運動的動能;有化學能,如燃燒酒精放出熱能轉變為二氧化碳氣體和水;有電能,當電流通過電爐絲以后,會發出熱和光,等。這些能量的釋放,都不會改變物質的質量,只會改變能量的形式。
例如,兩輛完全相同的汽車,都是5噸,一輛在運動,一輛是靜止的,運動的車雖然有動能,但其質量與靜止的車是完全一樣的,不會因為運動而發生變化;如果運動的車一旦與靜止的車發生碰撞,猛然停止時,動能雖然失去了,可我們發現,汽車在相撞處變得很熱。這是什么原因呢?汽車的動能轉變成了撞擊點金屬的熱能,而汽車的質量仍然沒有改變,還是5噸。這是用我們的常識可以理解的。
但愛因斯坦發現質能關系以后,他的理論是,質量也可以轉變為能量,而且這種轉變的能量非常巨大。
例如,原子能比化學反應中釋放的熱能要大將近5千萬倍:鈾核裂變的這種原子能釋放形式約為200,000,000電子伏特(一種能量單位),而碳的燃燒這種化學反應能量僅放出4.1電子伏特。原子能是怎樣產生的呢?前面已經提到,鈾核裂變以后產生碎片,我們發現,所有這些碎片質量加起來少于裂變以前的鈾核,那么,少掉的質量到哪里去了,就是因為轉變成了原子能。 數學上用E=mc2 的公式來表示,即:能量等于質量乘以光速的平方。由于光速是個很大的數字(c=30,000,000,000厘米/秒),所以質量轉變為能量后會是個非常巨大的數量。愛因斯坦的理論超出了人們的常識范圍,這正是他的過人之處。
愛因斯坦的這個質能關系正確地解釋了原子能的來源,奠定了原子能理論的基礎。
愛因斯坦
費米的少年時代
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